Apuntes de fatiga

FENOMENO DE FATIGA
Nota: Este apunte puede tener algunas fallas, pero es una buena base para comprender el
fenómeno de fatiga. Consta de la unión de dos documentos: 1) pag. 1 a 18 y 2) pag. 19 a 34.
Cargas Repetidas: Las cargas repetidas son cargas cuya magnitud (y dirección) son
variables en el tiempo y que tienen cierta frecuencia. Estas cargas pueden producir varios
miles, cintos de mileso millones de ciclos en la vida de servicio de una pieza.
Cargas de tipo repetitivo pueden afectar la vida de una pieza llegándose a fractura de piezas
con esfuerzos muy inferiores a los esfuerzos límites de ruptura y muchas veces también
menores al límite de fluencia. Este fenómeno se llama Falla por FATIGA. El origen de la
falla es la generación de pequeñas grietas que crecen con laaplicación cíclica de la carga,
con el tiempo la grieta es lo suficientemente grande para que la pieza se vea notablemente
debilitada, provocando su rotura final.
Cuando existen cargas repetidas se puede llegar a la ruptura con esfuerzos menores que σ r
y en muchos otros casos, menores que el esfuerzo de fluencia σ 0 siempre que exista un
suficiente número de ciclos de cargas.
En general sedistinguen dos tipos de fallas por fatiga:
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Fatiga por deformación o de bajo número de ciclos (N° de ciclos -N σ 0 ).
Fatiga por esfuerzo o de alto número de ciclos. (N° de ciclos N > 1000). Los esfuerzos
máximos son menores al esfuerzo de fluencia. ( σ máx < σ 0 ).

Esfuerzos totalmente invertidos ( σ máx = −σ min )

Caso General:

Esfuerzo medio ( σ m = (σ max + σ min ) / 2 )Esfuerzo alterno( σ m = (σ max − σ min ) / 2 )
La ruptura no acontece cualquier sea el número de ciclos si la diferencia algebraica entre
σ max y σ min es inferior a un cierto límite.

La falla por fatiga comienza por la formación de una pequeña grieta que se inicia donde
existe un alto valor del esfuerzo. Una vez iniciada la fractura, esta se propaga hasta que la
sección resistente de la piezadisminuye a tal grado que acontece una ruptura repentina.
La superficie de la pieza fracturada por fatiga normalmente presenta una sección
característica con dos zonas definidas: una zona lisa que corresponde a la zona de
propagación de la fisura; y otra zona rugosa que corresponde a la fractura final.

Los focos potenciales de fisuras pueden ser:
• Anomalías metalúrgicas: como inclusiones oquemaduras.
• Anomalías mecánica: concentración de esfuerzos, defectos superficiales.
• Anomalías químicas: oxidación, corrosión.
La velocidad de propagación de la grieta depende del material, del tipo de carga, del tipo de
foco de inicio de grieta y del nivel de esfuerzos.
Parámetros que influyen en la rotura por fatiga.

Condición en que se aplican los esfuerzos.
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Frecuencia:no existe gran influencia de la frecuencia en la falla por fatiga.
Forma en que se aplican los esfuerzos: La historia de carga puede ser importante en la
rotura por fatiga.
Tensiones Residuales: En general el esfuerzo residual se suma al efecto que produce la
carga externa, de esta manera un esfuerzo residual de compresión puede contribuir a
aumentar la duración de una pieza.

Dimensiones yEstado Superficial.

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Dimensiones: La resistencia mecánica por unidad de área de una pieza disminuye a
medida que aumenta el tamaño de esto.
Efecto de Concentradores de Esfuerzos: Las irregularidades geométricas producen un
aumento local de esfuerzo, esto es equivalente a un debilitamiento de las propiedades
mecánicas del material en esos puntos.
Terminaciones Superficiales:La rugosidad de la superficie en una pieza tiene los
mismos efectos que un concentrador de esfuerzo de pequeña magnitud.
Temperatura: La resistencia mecánica de los materiales baja al aumentar su
temperatura. Esto mismo sucede con la resistencia o límite a la fatiga.

Ensayo de Fatiga.

Ensayos con cargas repetidas se realizan bajo diversas condiciones:
• Tracción axial (alterna).
•...